各种材料的真空钎焊

2)真空钎焊 真空钎焊应用的比较广,能获得更好的保护效果和钎焊质量,典型镍基高温合金接头的力学性能见表15。对于w(Al)、w(Ti)小于4%的高温合金,虽然表面不进行特殊预处理也能保证钎料的润湿,但最好在表面电镀一层0.01~0.015mm的镍。当w(Al)、W(Ti)超过4%时,镀镍层的厚度应为0.020.03mm。镀层太薄不起保护作用,镀层太厚将降低接头强度。也可将待焊零件放在盒内进行真空钎焊,盒中应放吸气剂,如Zr在高温下吸收气体,可使盒内形成一个局部真空,从而起到防止合金表面氧化的作用。

表15 典型镍基高温合金真空钎焊接头的力学性能

高温合金钎焊接头组织和强度随钎焊间隙而变化,钎焊后扩散处理将进一步增大接头间隙的最大允许值。以Inconel合金为例,采用B-Ni82CrSiB钎焊的Inconel接头,经1000℃扩散处理1h后最大间隙值可达90um;而采用B-Ni71CrSiB钎焊的接头,以1000℃扩散处理1h后最大间隙值为50um左右。

3)瞬态液相连接 瞬态液相连接是将熔点低于母材的中间层合金(厚度约2.5~100um)作为钎料,在较小的压力(0~0.007MPa)和合适的温度(1100~1250℃)下,中间层材料首先熔化并润湿母材,由于元素的迅速扩散,接头部位发生等温凝固而形成接头。该方法大大降低了对母材表面的配合要求和减少了焊接压力。瞬态液相连接的主要参数有压力、温度、保温时间和中间层成分。加较小的压力是为了保持焊件配合面的良好接触。加热温度和时间对接头性能有很大的影响,如果要求接头与母材等强,并且不影响母材的性能,则应采用高温(如≥1150℃)和长时间(如8~24h)的连接工艺参数;如果对接头的连接质量有所降低或母材不能经受高的温度,则应采用较低的温度(1100~1150℃)和较短的时间(1~8h)。中间层应以被连接的母材成分为基本成分,加入不同的降温元素,如B、Si、Mn、Nb等。例如Udimet合金的成分为Ni-15Cr-18.5Co-4.3Al-3.3Ti-5Mo,作为瞬态液相连接用中间层的成分为B-Ni62.5Cr15Co15Mo5B2.5。这些添加元素都能使Ni-Cr或Ni-Cr-Co合金的熔化温度降到最低,但B的降熔作用最明显。此外,B的扩散速度高,可使中间层合金和母材迅速达到均质化。

3、石墨和金刚石聚晶的钎焊

(1)钎焊特点 石墨及金刚石聚晶钎焊所涉及的问题与陶瓷钎焊所碰到的问题十分相似。与金属相比,钎料对石墨及金刚石聚晶材料很难润湿,且与一般结构材料的热膨胀系数相差很大。二者直接在空气中加热,超过400℃会出现氧化或碳化,因此应采用真空钎焊,且要求真空度不应低于10-1Pa。因二者的强度都不高,钎焊时如果热应力存在,则有可能产生裂纹,要尽量选用热膨胀系数小的钎料和严格控制冷却速度。由于这类材料的表面不易被普通钎料润湿,钎焊前可通过表面改性(真空镀膜、离子溅射、等离子喷镀等方法)在石墨及金刚石聚晶材料表面沉积一层厚2.5~12.5um的W、Mo等元素并与之形成相应的碳化物,或者使用高活性钎料。

石墨和金刚石有多种品级,这些品级在颗粒度、密度、纯度和其他方面都有差别,且具有不同的钎焊特性。此外,金刚石聚晶材料在真空环境下,若温度超过1000℃,聚晶磨耗比开始下降,超过1200℃,磨耗比降低50%以上。因此,真空钎焊金刚石时,钎焊温度一定要控制在1200℃以下,真空度不低于5×10-2Pa.

(2)钎料选择 钎料的选择主要根据用途和表面加工情况而定,作为耐热材料使用时,选择钎焊温度高,耐热性好的钎料;而用于化工耐蚀材料则选择钎焊温度低、耐蚀性好的钎料。对于经过表面金属化处理后的石墨,可采用延性高、抗腐蚀性好的纯铜钎料,银基及铜基活性钎料对石墨和金刚石均有良好的润湿性和流动性,但钎焊接头的使用温度难以超过400℃。对于400~800℃之间使用的石墨构件及金刚石工具,通

常选用金基、钯基、锰基或钛基钎料。800~1000℃之间使用的接头,则选用镍基或钻基钎料,石墨构件在1000℃以上使用时,可选用纯金属钎料(Ni、Pd、Ti)或含有能与碳形成碳化物的钼Mo、Ta等元素的合金钎料。

对于不进行表面处理的石墨或金刚石,可采用表16的活性钎料进行直接钎焊,这些钎料大多是钛基二元或三元合金。纯钛与石墨反应强烈抗议,可生成很厚的碳化物层,且与石墨的线胀系数差别较大,易产生裂纹,故不能做钎料使用。Ti中加入Cr、Ni可以降低熔点及改善与陶瓷的润湿性。Ti是三元合金以Ti-Zr为主,加入Ta、Nb等元素,具有低的线膨胀系数,可以降低钎焊应力,以Ti-Cu为主的三元合金适合于石墨与钢的钎焊,接头具有较高的抗腐蚀性能。 表16 石墨和金刚石直接钎焊用钎料

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